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高中化学教学论文 碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论

2017-11-01 6页 doc 24KB 26阅读

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高中化学教学论文 碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论高中化学教学论文 碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论 碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论 摘要:关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验的讨论一直受广大教师的关注,同时又是新旧教材中不可或缺的教学内容之一。在深入分析这一实验的直接目的和间接意义的基础上,结合高中化学新课程,对已有研究中的反应速率、反应机理、反应热效应和鉴别方法等问题进行进一步的讨论与分析。 关键词:化学反应速率;热效应;鉴别 关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验一直是化学教师探讨和研究的一个重要话题,问题源于人教版全日制普通高级中学教科书(必修)《...
高中化学教学论文 碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论
高中化学教学论文 碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论 碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论 摘要:关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验的讨论一直受广大教师的关注,同时又是新旧教材中不可或缺的教学内容之一。在深入分析这一实验的直接目的和间接意义的基础上,结合高中化学新课程,对已有研究中的反应速率、反应机理、反应热效应和鉴别等问题进行进一步的讨论与分析。 关键词:化学反应速率;热效应;鉴别 关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验一直是化学教师探讨和研究的一个重要话题,问题源于人教版全日制普通高级中学教科书(必修)《化学》第一册32页的一个实验:在两支试管中分别加入3mL稀盐酸,将两个装有0.3gNaCO或NaHCO粉末的小气球分别233 NaCO NaHCO323 套在两支试管口。将气球内的NaCO和NaHCO同时倒入试管233 [1]中,观察反应现象(图1)。《化学教育》和《化学教学》 也曾多次刊登相关的研究论文以改进这一实验。由此可见, 稀盐酸 这一实验是高中化学教学的焦点问题之一。 NaHCO NaCO 323 图1 NaHCO和NaCO与盐酸反应实验图 3231 已有研究的分析 大多数的研究把焦点集中在反应速率上,并建议将固体的用量由“等质量”改为“等物质的量”,将 -1[2][3]盐酸的浓度限定在“1mol•L以内”。同时也有一些研究质疑实验中通过产生气体的量比较化学反应速率是否科学,一些研究对反应的热效应进行了测定,并提出用其反应的热效应来鉴别NaCO和NaHCO。233总体上来说,目前的研究已经从教材实验的速率问题拓展到了热效应和鉴别问题。普通高中课程实 [4][5]验教科书化学教材中同样涉及NaCO和NaHCO与盐酸反应的实验研究,但在实验上作了适当的调233 整,或开放性地设置实验,以避免上述的质疑。笔者认为,有必要对NaCO和NaHCO与盐酸反应实验的233目的作进一步的分析,同时澄清热效应及鉴别方法等相关问题。 2 实验目的的解读 2.1 目的之一:比较剧烈程度 从原教材的实验结论“NaHCO和NaCO都能与稀盐酸反应,但NaHCO与稀盐酸的反应要比NaCO与323323 [6]稀盐酸的反应剧烈得多”可以看出,这一实验的直接目的是为了比较反应的剧烈程度,即比较反应速率。 对于不同种物质与某一特定物质反应的速率研究一般以等时间、同浓度为前提,以同一反应物的消耗速率或同一生成物的生成速率进行比较。但对于不同的反应,其反应速率的比较是十分复杂的,它不仅与反应物的浓度和反应时间有关,还与化学反应的机理密切相关。因此,许多教材中指出“比较CO2气体放出的快慢”,而非“比较反应快慢”,更不会是“比较反应速率”,同时限定了反应物的用量,即NaHCO3和NaCO为等物质的量,盐酸需适量。如苏教版化学2中设置的实验方案是:“取两支试管,分别加入5mL 23 -1-10.1mol•LNaCO溶液、NaHCO溶液,再各加入3mL 0.1mol•L盐酸。观察并比较两个反应中CO气体放出2332 [7]的快慢。”这一实验方案有效地控制了NaCO、NaHCO的用量以及盐酸的用量和浓度,同时也避免了使233 用“比较反应速率”这一欠妥的说法。 2.2 目的之二:探索反应规律 笔者认为,NaCO和NaHCO与盐酸反应的实验目的绝非仅仅只是研究产生CO的快慢,否则就没有必2332 要对实验中稀盐酸的用量进行严格的限制。它至少还隐藏着对化学反应规律的探索:NaCO+2HCl= 23of the reform of distribution system, linked to the implementation of goals, tasks, benefits, payroll management by objectives approach, effectively mobilized the enthusiasm of the staff. Meanwhile, strengthened cost management, focus on staffTraining, employee skills, service quality has been significantly improved, saving 2NaCl+HO+CO?,当盐酸的量不足时,产生的CO与剩余的NaCO反应生成NaHCO,NaCO+HO+ CO=2NaHCO,2222332322 3 +2--综合上述两个反应即得到NaCO+HCl=NaCl+NaHCO,离子方程式为CO+H=HCO,即在加入少量盐酸的时23333 候,NaCO不能释放出CO。 232 +2-2--通过反应规律的探索,可以得出结论:CO与盐酸的反应本质是CO分两步得到H逐步转变成HCO、333 +-CO;但HCO只要接受H立即就会产生CO。 223 2.3 目的之三:寻找实践依据 笔者认为,研究NaCO和NaHCO与盐酸反应还有助于学生理解灭火器的制作原理,通过比较233 NaCO+2HCl=2NaCl+HO+CO?与NaHCO+HCl=NaCl+HO+CO?这两个反应可以发现:为了得到等量的CO,23223222消耗盐酸的量是不同的,即n(HCl•NaCO): n(HCl•NaHCO)=2:1;消耗NaCO和NaHCO固体的质量也是不233233同的,即m(NaCO):m(NaHCO) =106:84=53:42。因此,在制作酸碱灭火器时使用的药品是NaHCO而不是2333NaCO,即利用的是NaHCO+ HCl=NaCl+HO+CO?这一反应,这样有效地减轻了灭火器自身的重量。这可23322 能也是人教版全日制普通高级中学教科书(必修)《化学》第一册中将固体的用量设置为等质量的原因之一。 3 相关问题的讨论 3.1 热效应问题:溶解过程的热效应是主导因素 [8] 根据公式?rH =?v?H (B)和下列数据(表1)可以进行有关热效应的计算(表2)。 mBfm -1表1 某些物质的标准摩尔生成焓(单位:kJ•mol) ++2--物质 HO(l) CO(g) NaCO(s) NaHCO(s) Na(aq) CO(aq) HCO(aq) H(aq) 2223333 ?H -285.830 -393.509 -950.81 -1130.68 -240.12 -677.14 -691.99 0 fm -1表2 NaCO和NaHCO的溶解热效应及与盐酸反应的热效应(单位:kJ•mol) 233 有关NaCO的过程 ?H 有关NaHCO的过程 ?H 差异绝对值 23rm3rm ++2--溶解:NaCO=2Na+CO -26.7 溶解:NaHCO=Na+HCO 18.7 45.4 23333 2-+-+反应:CO+2H=HO+CO? - 2.199 反应:HCO+H=HO+CO? 12.651 14.85 322322 NaCO+2HCl=2NaCl+HO+CO? -28.899 NaHCO+HCl=NaCl+HO+CO? 31.351 60.25 2322322 由此可见,NaCO和NaHCO固体分别与盐酸反应过程中,其热效应主要是由于溶解的热效应导致的,233 分别占了各自全过程热效应的92.4%和59.6%,溶解对这两个过程热效应差异的贡献达到75.4%,占据了主导地位。由于NaCO在整个过程中均为放热,而NaHCO在整个过程中均为吸热,只是化学反应加剧了233 两个过程的热效应差异。因此,人教版化学教材设计了如下实验:“在两支试管里分别加入少量NaCO23和NaHCO(各1g),观察二者外观上的细小差别。分别滴入几滴水,振荡试管,观察现象,用手摸一摸试3 [9]管底部,有什么感觉,”这一实验方案的设计的直接指向,就是让学生了解NaCO和NaHCO固体在溶解233上存在较大的热效应差异。 3.2 鉴别方法问题 通过上述分析,利用盐酸作为试剂鉴别NaCO和NaHCO就有许多既简便而又行之有效的方法(表3)。 233 表3 鉴别NaCO和NaHCO的简便方法 233 应用的原理 操作的方法 判断的依据 溶解和反应的热效应差异 向两支盛有固体试样的试管中滴入几滴水(或稀温度较高的是NaCO, 23 ntly improved, savingificaof the staff. Meanwhile, strengthened cost management, focus on staffTraining, employee skills, service quality has been sign the implementation of goals, tasks, benefits, payroll management by objectives approach, effectively mobilized the enthusiasmof the reform of distribution system, linked to 2 应用的原理 操作的方法 判断的依据 盐酸,或浓盐酸),振荡,摸一摸试管底部。 温度较低的是NaHCO。 3 向两支盛有溶液试样的试管中滴入几滴稀盐酸,产生气体的是NaHCO,无3反应过程的差异 观察气体的生成情况。 气体产生的是NaCO。 23 根据公式=,在放热相同的情况下,用减少试剂用量()的方法可以增大温度变化()的显著Qcm?tm?t程度。因此,利用热效应差异的鉴别方法中,液体的用量必须严格控制。 参考文献 [1][6]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书(必修)《化学》第一册,北京:人民教育出版社,2003:32 [2]吴丹,马宏.化学教育,2007,28(11):54 [3]王娜,白新瑞.化学教学,2007(10):8~9 [4][7]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书化学2(必修).第3版,南京:江苏教育出版社,2006:28 [5][9]人民教育出版社课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书•化学1•必修,北京:人民教育出版社,2004:50 [8]天津大学物理化学教研室编.《物理化学》.第4版,北京:高等教育出版社,2001.12,311~317 《实验教学与仪器》2009年7~8期 ment, focus on staffTraining, employee skills, service quality has been significantly improved, savings approach, effectively mobilized the enthusiasm of the staff. Meanwhile, strengthened cost manageof the reform of distribution system, linked to the implementation of goals, tasks, benefits, payroll management by objective3
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